FR2473688A1 - Chaudiere solaire - Google Patents
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Abstract
Chaudière solaire, notamment à fluide caloporteur mono-phasique, chauffée par les rayons solaires captés et concentrés par un miroir en forme de paraboloïde de révolution, comportant une cavité qui présente une face avant ouverte placée dans le plan focal du miroir. En vue de répartir rationnellement les densités de flux lumineux, de maîtriser la circulation du fluide et de limiter la perte de charge, la paroi de la cavité 10 est formée, d'une part, par un tube 12 enroulé suivant une hélico-spirale à spires non jointives autour d'une surface fictive en forme de sphère incomplète, l'axe d'enroulement étant perpendiculaire au plan de la face avant 11 qui délimite la partie manquante de ladite sphère, d'autre part, par une bande 14 enroulée entre les spires adjacentes du tube 12 sur lequel ladite bande est soudée de façon continue. (CF DESSIN DANS BOPI)
Description
La presente invention concerne une chaudière solaire, notamment à fluide caloporteur monophasique, chauffée par les rayons solaires captés et concentrés par un miroir en forme de parabololde de révolution.
On connaît déjà une chaudière solaire comportant une cavité, en forme de parallélépipède rectangle par exemple, ayant une face avant ouverte que l'on dispose dans le plan focal d'un miroir ou d'un champ d'héliostats, les parois de ladite cavité étant tapissées de tubes groupés en une pluralité de faisceaux.
Une telle chaudière est d'une réalisation compliquée et, de ce fait, peu économique. Par ailleurs, la struc ture multitubulaire de la chaudière ne permet pas de maî- triser la vitesse de circulation du fluide parcourant les tubes.
Pour éviter ces inconvénients, on a déjà pensé à réaliser une chaudière monotubulaire, le tube de ladite chaudière étant enroulé a spires jointives, de manière à tapisser les parois d'une cavité présentant la forme d'un vase, l'axe d'enroulement coïncidant avec l'axe géométrique de la cavité.
Une telle chaudière conduit à prévoir une grande longueur de tube, ce qui entraîne une importante perte de charge. Il est par ailleurs indispensable de prévoir des moyens de fixation du tube sur la paroi interne de la cavité.
L'invention a surtout pour but d'éviter les inconvénients inhérents aux structures de chaudière susmentionnée.
Elle vise essentiellement à réaliser une chaudière solaire monotubulaire dont la structure permette de répartir les densités de flux lumineux de la manière la plus rationnelle possible, de maîtriser le coefficient d'échange thermique et par conséquent la circulation du fluide en contact avec les parois exposées au rayonnement, de réduire le parcours du fluide caloporteur en vue de limiter les pertes de charge, et de résister à des pressions élevées.
Elle vise en outre à réaliser la cavité de la chaudière sous la forme d'une structure auto-portante thermiquement isolée.
Ces objectifs sont atteints grâce à une disposition suivant laquelle la cavité de la chaudière, de forme sphérique, est définie par un tube enroulé suivant une hélico-spirale à spires non jointives et par une bande enroulée entre les spires adjacentes sur lesquelles elle est soudee en continu.
Suivant une disposition caractéristique de l'invention, la bande est aménagée de manière à se trouver à l'abri du rayonnement, tout au moins dans les zones où les densités de flux lumineux sont les plus élevées, plus particulièrement au voisinage du plan focal, tandis qu'elle se trouve progressivement éclairée au fur et à mesure qu'elle s'éloigne de ce plan.
L'invention a plus précisément pour objet une chaudière solaire, notamment à fluide caloporteur monophasique, chauffée par les rayons solaires captés et concentrés par un miroir en forme de paraboloide de révolution, comportant une cavité qui présente une face avant ouverte placée dans le plan focal du miroir, caractérisée en ce que la paroi de ladite cavité est formée, d'une part, par un tube enroulé suivant une hélico-spirale à spires nonjointives, autour d'une s'n"'aoefictive en forme de sphère incomplète, l'axe d'enroulement étant perpendiculaire au plan de la face avant qui délimite la partie manquante de ladite sphère, d'autre part, par une bande enroulée entre les spires adjacentes du tube sur lequel ladite bande est soudée de façon continue.
La bande est soudée sur le tube en retrait de l'axe du dit tube, au niveau de ses différentes spires, du côté le plus éloigné la5phère fictive.
La face extérieure de la bande est préférablement tangente aux spires du tube.
La paroi de la cavité est avantageusement entourée d'une couche de matériau calorifuge comprimée entre ladite paroi et une enveloppe métallique extérieure.
La spire'd'entrée est celle qui entoure l'ouverture de la face avant de la cavité, tandis que la spire de sortie est celle qui définit le fond de ladite cavité, ladite spire de sortie étant reliée à l'avant de la chaudière par une tubulure noyée dans le matériau calorifuge.
Suivant une forme particulière de réalisation,
a le tube comprend plusieurs tronçons'de diamètres différents, le diamètre de chaque tronçon étant calculé en fonction de la position du dit tronçon.
L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui suit, faite en regard des dessins an nexés, concernant une forme particulière de réalisation donnée à titre d'exemple non limitatif.
La figure 1 représente une installation collectrice d'énergie solaire équipée de la chaudière selon l'invention
La figure 2 est une coupe de la chaudière effectuée suivant un plan diamétral perpendiculaire au plan de la figure 1, plus précisément suivant la ligne A-A des figures 1 et 3
La figure 3 est une coupe de la chaudière effectuée suivant un plan diamétral coïncidant avec le plan de la figure 1, soit suivant la ligne B-B de la figure 2
La figure 4 est une vue de détail à plus grande échelle de la figure 2.
La figure 2 est une coupe de la chaudière effectuée suivant un plan diamétral perpendiculaire au plan de la figure 1, plus précisément suivant la ligne A-A des figures 1 et 3
La figure 3 est une coupe de la chaudière effectuée suivant un plan diamétral coïncidant avec le plan de la figure 1, soit suivant la ligne B-B de la figure 2
La figure 4 est une vue de détail à plus grande échelle de la figure 2.
Sur la figure 1, le repère 1 désigne globalement la chaudière solaire. Le repère 2 désigne un miroir en forme de paraboloïde de révolution, suivant l'axe duquel est centrée la chaudière 1 maintenue au-dessus du dit miroir par un tripode 3. Le miroir 2 est avantageusement constitué par une pluralité de miroirs élémentaires fixés sur la paroi interne d'une coque paraboloidale réalisée en matière plastique armée. Le miroir 2 est articulé par une chape 4 d'axe horizontal sur un montant central 5. Le basculement du miroir est commandé par un vérin hydraulique 6.
Le montant 5 est prévu pour être entrainé en rotation autour de son axe vertical sous l'action d'un vérin hydraulique 7. Les vérins 6 et 7 sont alimentés par une centrale (non représentée) prévue au voisinage du pied 8 du montant 5. Le pied 8 est fixé au sol par ancrage, par exemple. Les mouvements de basculement et de rotation précités sont coordonnés de telle sorte que l'ensemble formé par la chaudière 1 et le miroir 2 ait son axe maintenu en permanenceparal- lèle à la direction générale des rayons du soleil.
Les figures 2, 3 et 4 illustrent de manière détaillée la structure de la chaudière solaire 1.
Le repère 10 désigne la cavité de la chaudière 1 qui présente une face avant il ouverte disposée dans le plan focal du miroir 2, perpendiculairement à l'axe dudit miroir. Hormis la zone de l'ouverture circulaire de la face 11, la cavité 10 présente une forme générale sphérique.
La paroi de la cavité 10 est formée par deux éléments dont il va être question ci-apre-s.
Un premier élément est constitué par un tube 12 enroulé suivant une hélico-spirale à spires non jointives 12a, 12b, autour d'une surface fictive 13 en forme de sphère incomplète. L'axe d'enroulement est perpendiculaire au plan de la face Il qui délimite une calotte sphérique Tic- tive correspondant à la partie manquante de la sphère 13 qui n'est pas entourée par le tube 12. L'axe d'enroulement coïncide, bien entendu, avec l'axe du miroir 2.
Un deuxième élément est constitué par une bande 14 enroulée entre les spires adjacentes, telles que 12a et 12b du tube 12 sur lesquelles ladite bande 14 est soudée de façon continue.
La bande 14 est soudée sur le tube 12 en retrait de l'axe dudit tube, au niveau de ses différentes spires 12a, 12b, du côté le plus éloigné de la surface de la sphère 13 comme cela est particulièrement visible sur la figure 4 où la face extérieure de la bande 14 est pratiquement tangente aux dites spires.
Grâce à cette -disposition, la bande 14 est entièrement soustraite aux flux lumineux de densités élevées dans la zone de la cavité 10 voisine de l'ouverture définie par la face 11. Les spires du tube 12 projettent alors leur ombre sur les parties de la bande 14 situées derrière elle.
Lorsque la bande 14 se trouve éclairée, dans la zone de fond de la cavité 10, le rayonnement est atténué compte
tenu de l'éloignement du plan focal. Le retrait de la ban
de 14 par rapport aux spires du tube 12 permet alors de mieux utiliser la surface naturelle dudit tube pourcouru par un fluide caloporteur- dans les conditions qui seront
précisées plus loin, dans de meilleures conditions de
transfert thermique.
tenu de l'éloignement du plan focal. Le retrait de la ban
de 14 par rapport aux spires du tube 12 permet alors de mieux utiliser la surface naturelle dudit tube pourcouru par un fluide caloporteur- dans les conditions qui seront
précisées plus loin, dans de meilleures conditions de
transfert thermique.
Dans un cas particulier de réalisation donné à
titre d'exemple, il a été prévu un tube 12 en acier de
21,3 mm de diamètre extérieur et d'une épaisseur de 2,6 mm.
titre d'exemple, il a été prévu un tube 12 en acier de
21,3 mm de diamètre extérieur et d'une épaisseur de 2,6 mm.
La distance séparant les centres des spires est de 32 mm
tandis que la bande 14 en tôle inoxydable présente une lar
geur de 16 mm.
tandis que la bande 14 en tôle inoxydable présente une lar
geur de 16 mm.
Par ailleurs, le soudage continu de la bande 14
le long du tube 12 permet de réaliser une paroi de la cavité 10 possédant une excellente tenue mécanique. Ceci permet d'éviter l'utilisation de toute structure auxiliaire
de support. La cavité 10 de la chaudière 1 est donc réalisée
sous la forme d'une structure auto-portante.
le long du tube 12 permet de réaliser une paroi de la cavité 10 possédant une excellente tenue mécanique. Ceci permet d'éviter l'utilisation de toute structure auxiliaire
de support. La cavité 10 de la chaudière 1 est donc réalisée
sous la forme d'une structure auto-portante.
La cavité 10 délimitée par le tube 12 et la ban
de 14 est entourée d'une couche calorifuge 15 aménagée en
tre la paroi de la cavité 10 et une enveloppe extérieure
16.
de 14 est entourée d'une couche calorifuge 15 aménagée en
tre la paroi de la cavité 10 et une enveloppe extérieure
16.
L'isolation thermique est avantageusement réali
sée par une couche calorifuge 15 de laine de roche à forte
densité, comprimée entre deux coquilles constituant l'enve
loppe 16. Ces coquilles sont avantageusement réalisées en
acier inoxydable repoussé en forme et assemblé par soudage
sous argon suivant le périmètre parallèle au plan focal dé
fini par la face 11.
sée par une couche calorifuge 15 de laine de roche à forte
densité, comprimée entre deux coquilles constituant l'enve
loppe 16. Ces coquilles sont avantageusement réalisées en
acier inoxydable repoussé en forme et assemblé par soudage
sous argon suivant le périmètre parallèle au plan focal dé
fini par la face 11.
Le fluide caloporteur entre dans la chaudière 1 par la spire qui entoure l'ouverture de la face avant 11
de la cavité 10 ; la spire de sortie est celle de plus pe
tit diamètre qui définit le fond de la cavité 11, ladite
spire étant reliée à l'avant de la chaudière 1 par une tu
bulure 17 noyée dans le matériau calorifuge dont ltépais-
seur a été prévue en conséquence.
de la cavité 10 ; la spire de sortie est celle de plus pe
tit diamètre qui définit le fond de la cavité 11, ladite
spire étant reliée à l'avant de la chaudière 1 par une tu
bulure 17 noyée dans le matériau calorifuge dont ltépais-
seur a été prévue en conséquence.
La disposition de l'entrée et de la sortie du fluide caloporteur, qui est illustrée par les flèches de la figure 3, offre le double avantage d'exposer le fluide le plus froid aux flux les plus denses, et de réaliser une circulation dont le sens est favorable à la vidange.
Pour un observateur regardant la face avant 11 suivant la direction de l'axe de la cavité 10, l'entrée et la sortie du fluide caloporteur sont respectivement situées à la partie inférieure et à la partie supérieure de l'ou- verture de la face 10, en positions diamétralement opposées par rapport à ladite ouverture.
La chaudière solaire que l'on vient de décrire présente, outre les avantages déjà signalés, celui de conduire à une structure apte à résister'à des-pressions élevées et parfaitement étanche aux intempéries. L'absence de support rend par ailleurs la chaudière beaucoup plus légère que les chaudières connues.
Bien que l'invention ait été décriteoen référence à une forme particulière de réalisation, il va de soi qu'elle n'y est en rien limitée et'que des modifisations peuvent lui être apportées sans sortir de son domaine.
C'est ainsi que le tube décrit pourraît être remplacé par un tube comprenant plusieurs tronçons de diamètres différents, le diamètre de chaque tronçon étant calculé en fonction de la position dudit tronçon, de manière à obtenir des coefficients d'échange thermiques adaptés à la valeur du flux lumineux incident et une perte de charge minimale.
On pourra remplacer l'un quelconque des moyens décrits par un moyen techniquement équivalent. L'invention couvre donc, outre l'exemple représenté, ses différentes variantes d'exécution.
Claims (6)
1. Chaudière solaire, notamment à fluide caloporteur mono
phasique, chauffée par les rayons solaires captés et
concentrés par un miroir en forme de parabololde de ré
volution, comportant une cavité qui présente une face
avant ouverte placée dans le plan focal du miroir, ca
ractérisée en ce que la paroi de ladite cavité est for
mée, d'une part, par un tube enroulé suivant une héli
co-spirale à spires non jointives, autour d'une surface
fictive en forme de sphère incomplète, l'axe d'enroule
ment étant perpendiculaire au plan de la face avant qui
délimite la partie manquante de ladite sphère, d'autre
part, par une bande enroulée entre les spires adjacen
tes du tube sur lequel ladite bande est soudée de fa
çon continue.
2. Chaudière solaire suivant la revendication 1, caracté
risée en ce que la bande est soudée sur le tube, en re
trait de l'axe dudit tube,au niveau de ses différentes
spires, du côté le plus éloigné de la sphère fictive.
3. Chaudière solaire suivant la revendication 2, caractéri
sée en ce que la face extérieure de la bande est prati
quement tangente aux spires du tube.
4. Chaudière solaire suivant l'une des revendications 1
ou 2, caractérisée en ce que la paroi de la cavité est
entourée d'une couche de matériau calorifuge comprimée
entre ladite paroi et une enveloppe métallique exté
rieure.
5. Chaudière solaire suivant la revendication 4, caracté
risée en ce que la spire d'entrée et celle qui entoure
l'ouverture de la face avant de la cavité, tandis que
la spire de sortie est celle qui définit le fond de
ladite cavité, ladite spire de sortie étant reliée à
l'avant de la chaudière par une tubulure noyée dans le
matériau calorifuge.
6. Chaudière solaire suivant l'une quelconque des revendi
cations précédentes, caractérisée en ce que le tube
est constitué de plusieurs tronçons de diamètres dif
férents, le diamètre de chaque tronçon étant calculé en fonction de la position dudit tronçon.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8000553A FR2473688A1 (fr) | 1980-01-11 | 1980-01-11 | Chaudiere solaire |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| FR8000553A FR2473688A1 (fr) | 1980-01-11 | 1980-01-11 | Chaudiere solaire |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2473688A1 true FR2473688A1 (fr) | 1981-07-17 |
| FR2473688B3 FR2473688B3 (fr) | 1982-10-08 |
Family
ID=9237436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8000553A Granted FR2473688A1 (fr) | 1980-01-11 | 1980-01-11 | Chaudiere solaire |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2473688A1 (fr) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2512937A1 (fr) * | 1981-09-11 | 1983-03-18 | Mediterranee Const Navale Indl | Procede d'optimisation du schema de circulation d'un recepteur solaire a fluide caloporteur monophasique |
| FR2835312A1 (fr) * | 2002-01-31 | 2003-08-01 | Heliotechnique Mediterranee | Capteur solaire thermique a concentration |
| CN102322694A (zh) * | 2011-08-31 | 2012-01-18 | 华南理工大学 | 含内凹玻璃罩的球形腔式太阳能吸热器 |
| EP1793181A4 (fr) * | 2004-08-31 | 2013-01-16 | Tokyo Inst Tech | Collecteur de chaleur solaire, dispositif de réflexion de collecte de lumière solaire , système de collecte de lumière solaire et système utilisant l'énergie solaire |
| CN104428606A (zh) * | 2012-03-01 | 2015-03-18 | 阿本戈太阳能新技术公司 | 基于面板的太阳能接收器 |
| ES2919863A1 (es) * | 2021-01-27 | 2022-07-28 | Univ Murcia | Receptor solar de cavidad para colector de disco parabolico |
-
1980
- 1980-01-11 FR FR8000553A patent/FR2473688A1/fr active Granted
Cited By (6)
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|---|---|---|---|---|
| FR2512937A1 (fr) * | 1981-09-11 | 1983-03-18 | Mediterranee Const Navale Indl | Procede d'optimisation du schema de circulation d'un recepteur solaire a fluide caloporteur monophasique |
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| ES2919863A1 (es) * | 2021-01-27 | 2022-07-28 | Univ Murcia | Receptor solar de cavidad para colector de disco parabolico |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2473688B3 (fr) | 1982-10-08 |
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